Question

Ⅰ.十氢萘是具有高储氢密度的氢能载体，经历“十氢萘(C₁₀H₁₈)→四氢萘(C₁₀H₁₂)→萘(C₁₀H₈)”的脱氢过程释放氢气。

已知：C₁₀H₁₈(l)C₁₀H₁₂(l)+3H₂(g)    ΔH₁

C₁₀H₁₂(l)C₁₀H₈(l)+2H₂(g)    ΔH₂

ΔH₁>ΔH₂>0；C₁₀H₁₈→C₁₀H₁₂的活化能为E_a1，C₁₀H₁₂→C₁₀H₈的活化能为E_a2，十氢萘的常压沸点为192℃；在192℃，液态十氢萘的脱氢反应的平衡转化率约为9%。

请回答：

（1）有利于提高上述反应平衡转化率的条件是___。

A.高温高压     B.低温低压

C.高温低压     D.低温高压

（2）研究表明，将适量的十氢萘置于恒容密闭反应器中，升高温度带来高压，该条件下也可显著释氢，理由是___。

（3）温度335℃，在恒容密闭反应器中进行高压液态十氢萘(1.00mol)催化脱氢实验(两步反应都使用了催化剂)，测得C₁₀H₁₂和C₁₀H₈的产率x₁和x₂(以物质的量分数计)随时间的变化关系，如图1所示。

①在8h时，反应体系内氢气的量为___mol(忽略其他副反应)。

②x₁显著低于x₂的原因是___。

③在图2中绘制“C₁₀H₁₈→C₁₀H₁₂→C₁₀H₈”的“能量—反应过程”示意图___。

Ⅱ.（1）科学家发现，以H₂O和N₂为原料，熔融NaOH—KOH为电解质，纳米Fe₂O₃作催化剂，在250℃和常压下可实现电化学合成氨。阴极区发生的变化可视为按两步进行，请补充完整。

电极反应式：___和2Fe＋3H₂O＋N₂=Fe₂O₃＋2NH₃。

（2）常温下饱和亚硫酸溶液的物质的量浓度为1.25mol·L^-1，电离常数K_a1=1.54×10^-2，K_a2=1.02×10^-7。向10mL饱和H₂SO₃溶液中滴加相同物质的量浓度的NaOH溶液VmL。当V=amL时，溶液中离子浓度有如下关系：c(Na⁺)=2c(SO₃^2-)+c(HSO₃^-)；当V=bmL时，溶液中离子浓度有如下关系：c(Na⁺)=c(SO₃^2-)+c(HSO₃^2-)+c(H₂SO₃)；则a___(填“大于”“小于”或“等于”)b。

Answer

C 是反应吸热，温度升高，平衡正向移动，与此同时，温度升高导致十氢萘汽化，浓度增大，平衡正向移动，生成氢气量显著增加 1.951 催化剂显著降低了C10H12到C10H8的活化能，反应生成C10H12迅速转变为C10H8，使C10H12不能积累 Fe2O3＋6e-＋3H2O=2Fe＋6OH- 大于

【解析】

Ⅰ．（1）根据平衡移动原理分析平衡转化率的变化；

（2）升高温度平衡正向移动；

（3）①根据方程式C10H18(l)C10H12(l)+3H2(g)、C10H18(l) C10H8(l)+5H2(g)计算氢气的物质的量；

②x1显著低于x2说明C10H12(l)C10H8(l)+2H2(g)反应快；

③C10H12(l)C10H8(l)+2H2(g)速率快，活化能小；

Ⅱ.（1）阴极反应是；

（2）根据电荷守恒，可判断当c(Na+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)，溶液呈中性；根据物料守恒，可判断当c(Na+)=c(SO32-)+c(HSO32-)+c(H2SO3)时，溶质为NaHSO3；

（1）A. 正反应的气体物质的量增大，加压平衡逆向移动，平衡转化率降低，故不选A；

B. 正反应吸热，降低温度，平衡逆向移动，平衡转化率降低，故不选B；

C. 正反应的气体物质的量增大，降低压强，平衡正向移动，正反应吸热，升高温度，平衡正向移动，高温低压，平衡转化率增大，故选C；

D. 正反应吸热，降低温度，平衡逆向移动，平衡转化率降低，正反应气体物质的量增大，加压平衡逆向移动，平衡转化率降低，故不选D；选C。

（2）正反应吸热，温度升高，平衡正向移动，与此同时，温度升高导致十氢萘汽化，浓度增大，平衡正向移动，故生成氢气量显著增加；

（3）①根据图示，在8h时，C10H12(g)的物质的量是1mol×0.027=0.027mol，则C10H18(l)C10H12(l)+3H2(g)反应生成氢气的物质的量是0.027mol×3=0.081mol，C10H8 (g)的物质的量是0.374mol，则C10H18(l) C10H8(l)+5H2(g) 反应生成氢气的物质的量是0.374mol×5=1.87mol，容器中氢气的物质的量是1.87mol+0.081mol=1.951mol；

②x1显著低于x2说明C10H12(l)C10H8(l)+2H2(g)反应快，催化剂显著降低了C10H12到C10H8的活化能，反应生成C10H12迅速转变为C10H8，使C10H12不能积累；

③C10H18→C10H12→C10H8反应放热，C10H12(l)C10H8(l)+2H2(g)速率快，活化能小，所以“C10H18→C10H12→C10H8”的“能量—反应过程”示意图是；

Ⅱ.（1）阴极反应是，减去2Fe＋3H2O＋N2=Fe2O3＋2NH3得第一步反应式为Fe2O3＋6e-＋3H2O=2Fe＋6OH-；

（2）根据电荷守恒，c(Na+)+ c(H+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)+(OH-)，当c(Na+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)时c(H+)= (OH-)，溶液呈中性；根据物料守恒，可判断当c(Na+)=c(SO32-)+c(HSO32-)+c(H2SO3)，溶质为NaHSO3，亚硫酸的电离平衡常数Ka1=1.54×10-2，Ka2=1.02×10-7，可知HSO3-电离大于水解，NaHSO3溶液呈酸性，所以a大于b。